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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für einen Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter ist über einen Elektromotor antreibbar und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Gewindehülse mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet.
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Ein Problem bei derartigen Spindelantrieben ist die ausreichende Versorgung des Bewegungsgewindes mit einem Schmierstoff. Bei einem Spindelantrieb, der in einem Aktuator, insbesondere für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist, muss die Schmierung für die Lebensdauer des Aktuators gewährleistet sein, da eine Nachschmierung nicht möglich ist. Der Schmierstoff muss daher im Bereich des Mutergewindes oder der Spindelmutter zurückgehalten werden, damit er nicht für die Schmierung verloren geht. Es hat sich gezeigt, dass der Fettfilm, der die Schmierung des Gewindes gewährleisten soll, bei großen Hüben der Spindel, also bei vollen Lenkausschlägen der Hinterräder durch das Muttergewinde abgestreift wird. Dies kann zu einer unzureichenden Schmierung führen, welche den Betrieb des Spindelantriebes beeinträchtigen könnte.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Prüfmaß, welches nach der bekannten Dreidraht-Methode ermittelt wird, in den äußeren Gewindeendbereichen geringer ist als das Prüfmaß im mittleren Gewindebereich, der auch als Haupteingriff zwischen Spindelgewinde und Muttergewinde bezeichnet wird. Die Dreidraht-Methode ist ein bekanntes Messverfahren zur Bestimmung des Flankendurchmessers eines Gewindes, sei es ein Spitzgewinde oder ein Trapezgewinde. Dabei werden drei Drähte, zwei auf einer Seite und einer auf der gegenüberliegenden Seite in die Gewinderillen gelegt und ihr diametraler Abstand gemessen, wobei der Durchmesser der Drähte in der Norm DIN 13 festgelegt ist. Das ermittelte Prüfmaß dient als Ausgangspunkt für die rechnerische Ermittlung des Flankendurchmessers. Dieses Prüfmaß dient bei der Erfindung als Kriterium für das unterschiedlich ausgebildete Spindelgewinde einerseits im mittleren Gewindebereich und andererseits in den Gewindeendbereichen. Durch die erfindungsgemäße Reduzierung des Prüfmaßes wird das Axial- oder Flankenspiel zwischen dem Spindelgewinde und dem Muttergewinde vergrößert, weil das Profil der Gewindegänge des Spindelgewindes in axialer Richtung schmaler und die Gewinderillen dementsprechend breiter werden. Diese Veränderung der Profilgeometrie in den Gewindeendbereichen führt dazu, dass sich die Anzahl der tragenden Gewindegänge zwischen der Spindel und der Spindelmutter reduziert, wodurch ein Teil der Spindelgewindezähne abhebt und neues Fett in den Gewindeflanken aufgenommen werden kann. Die erfinderische Maßnahme beruht auch auf der Erkenntnis, dass maximale oder größere Spindelhübe, d. h. maximale Auslenkungen der Hinterräder in der Praxis nur in einer relativ geringen Häufigkeit vor kommen, beispielsweise im Bereich von etwa 1 %, d. h. von hundert Stellbewegungen der Spindel ist etwa nur eine ein Maximalhub.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die äußeren Gewindebereiche eine axiale Erstreckung von 10 bis 30 % der Gesamtlänge des Gewindes auf. In diesen Beeichen ist also das Prüfmaß geringer als im mittleren Gewindebereich, d. h. dem Haupteingriff, der somit eine axiale Erstreckung von 70 bis 90 % der Gesamtlänge aufweist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Prüfmaß in den äußeren Gewindeendbereichen um ca. 10 % reduziert, d. h. das Prüfmaß beträgt etwa 90 % des Prüfmaßes im Haupteingriff des Gewindes.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Spindelmutter an ihren Stirnseiten Abstreifelemente auf, welche beispielsweise in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2016 209 036.4 offenbart sind. Dadurch wird der Schmierstoff beim Ausfahren der Spindel durch Abstreifen zurückgehalten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 einen Aktuator mit einem Spindelantrieb,
- 2 eine Messanordnung zur Bestimmung eines Prüfmaßes für ein Gewinde,
- 3 einen Ausschnitt eines normgerechten Trapezgewindes,
- 4 einen Ausschnitt eines modifizierten Trapezgewindes und
- 5 ein Abstreifelement für eine Spindel.
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1 zeigt einen Aktuator 1 für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Der Aktuator 1 weist einen Spindelantrieb 2 auf, welcher eine Spindel 3 und eine Spindelmutter 4 umfasst, welche drehbar in einem Gehäuse 5 des Aktuators 1 angeordnet und über einen Riementrieb 6 von einem Elektromotor 7 antreibbar ist. Die Spindel 3 steht über ein Bewegungsgewinde (ohne Bezugszahl) mit der Spindelmutter 4 in Eingriff und ist axial verschiebbar. Die Enden der Spindel 3 sind mittelbar mit Gelenkzapfen 8, 9 verbunden. Der Aktuator 1, welcher mittig im Kraftfahrzeug angeordnet ist, wirkt über die Gelenkzapfen 8, 9 nach beiden Seiten, d. h. gleichzeitig auf beide Hinterräder. Die Spindel 3 weist einen Gewindeabschnitt mit einer Gesamtlänge I auf, welche in einen mittleren Gewindeabschnitt x0 und zwei äußere Gewindeendbereiche x1, x2 unterteilt ist. Der mittlere Gewindeabschnitt x0 wird auch als Haupteingriff oder Haupteingriffsbereich bezeichnet, d. h. der Bereich, in welchem 90 bis 99 % der Stellhübe auftreten. Die äußeren Gewindeendbereiche x1, x2, welche für die größeren bis maximalen Stellhübe in Eingriff kommen, stehen nur in einer sehr geringen Häufigkeit, d. h. etwa in einem Bereich von etwa 1 % der Gesamthübe in Eingriff mit der Spindelmutter. Das Gewinde im Haupteingriffsbereich x0 entspricht einem normgerechten Trapezgewinde, insbesondere gemäß DIN 103. Das Gewinde in den Gewindeendbereichen x1, x2 ist gegenüber dem normgerechten Trapezgewinde erfindungsgemäß modifiziert, es weist nämlich ein geringeres Prüfmaß M ( 2) auf, welches im Folgenden erläutert wird.
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2 zeigt eine bekannte Messanordnung 10 zur Bestimmung eines Prüfmaßes M eines Bolzengewindes 11 nach der bekannten Dreidraht-Methode. Das Bolzengewinde 11 ist hier als Spitzgewinde ausgebildet und weist Gewindezähne 11a und Gewinderillen 11b auf. In zwei benachbarte Gewinderillen 11b sind zwei Drähte D1, D2 und in eine gegenüberliegende Gewinderille 11b ist ein dritter Draht D3 eingelegt, wobei alle drei Drähte D1, D2, D3 denselben in DIN 13 festgelegten, dem Bolzengewinde 11 angepassten Durchmesser aufweisen. Die Bestimmung des Prüfmaßes M erfolgt über Taster 12a, 12b einer nicht dargestellten Bügelmessschraube. Das Prüfmaß M, auch Hilfsmaß genannt, dient im Allgemeinen der rechnerischen Ermittlung des hier nicht dargestellten Flankendurchmessers des Bolzengewindes 11.
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3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Trapezgewindes 13 des mittleren Gewindeabschnittes x0, dargestellt in 1, d. h. des Haupteingriffes zwischen Spindel 3 und Spindelmutter 4 (1). Das Trapezgewinde 13, welches vorzugsweise normgerecht nach DIN 103 ausgebildet ist, weist einen Gewindedurchmesser d, eine Spindelachse a, Gewindezähne 13a und Gewinderillen 13b auf. Ferner weist das Trapezgewinde 13 für den Haupteingriff x0 ein Prüfmaß M0 auf, welches nach der oben beschriebenen Dreidraht-Methode gemessen wird. Zur Veranschaulichung ist in eine Gewinderille 13b ein Messdraht 14 eingelegt, dessen Durchmesser nach DIN 13 für das betreffende Trapezgewinde, beispielsweise TR14 festgelegt ist. Das Prüfmaß M0 dient als Referenzmaß (100%) für ein modifiziertes Trapezgewinde in den Gewindeendbereichen x1, x2 (1).
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines modifizierten Trapezgewindes 15 für die Gewindeendbereiche x1, x2 gemäß 1. Das modifizierte Trapezgewinde 15 weist denselben Gewindedurchmesser d wie das Trapezgewinde 13 in 3, Gewindezähne 15a und Gewinderillen 15b auf. In eine Gewinderille 15b ist ein Messdraht 16 eingelegt, welcher denselben Durchmesser wie der Messdraht 14 in 3 aufweist. Bei einem Vergleich von 3 mit 4 erkennt man sofort, dass das Prüfmaß M1 (4) kleiner ist als das Prüfmaß M0 (3). Die Verkleinerung des Prüfmaßes M1 für das modifizierte Trapezgewinde 15 ergibt sich aus einer Verringerung der Breite der Gewindezähne 15a, welche einhergeht mit einer Vergrößerung der Breite der Gewinderillen 15b. Die schmaleren Gewindezähne 15a sind durch gestrichelte Flanken 15c dargestellt, während das Profil des normgerechten Trapezgewindes (entsprechend dem Trapezgewinde 13 in 3) in ausgezogen Linien dargestellt ist. Durch die Verbreiterung der Gewinderille 15b rutscht der Messdraht 16 weiter nach innen, d. h. in Richtung auf die Spindelachse a, woraus sich das geringere Prüfmaß M1 ergibt. Das Prüfmaß M1 ist identisch mit dem Prüfmaß M2 für den Gewindeendbereich x2, der somit auch ein modifiziertes Trapezgewinde 15 aufweist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine Spindel 17 und der stirnseitige Bereich einer Spindelmutter 18 mit einem Abstreifelement 19 vergrößert dargestellt sind. Die Spindel 17 weist ein Spindelgewinde 17a auf, welches in Eingriff mit einem Muttergewinde 18a der Spindelmutter 18 steht. Das Abstreifelement 19 umfasst einen flexiblen Bereich 19a und einen metallischen Ring 19b, welcher fest mit der Spindelmutter 13 verbunden ist. Das Abstreifelement 19 greift mit seinem flexiblen Bereich 19a in das Spindelgewinde 17a ein und verhindert somit ein Austreten von Schmierstoff, welcher sich auf dem Spindelgewinde 17a befindet. Das Abstreifelement 19 ist in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2016 209 036.4 ausführlich beschrieben. So kann das Abstreifelement als flexible Scheibe, d. h. als ein biegsames, relativ dünnwandiges Dicht- und Abstreiforgan ausgebildet sein und steht mit der Spindelmutter in Wirkverbindung. Die flexible Scheibe ist mit der Spindelmutter „synchronisiert“ (verdrehfest mit der Spindelmutter gekoppelt) und bildet mit ihrem Innenumfang einen Dicht- und Abstreifkontakt mit dem Spindelgewinde. Durch die Nachgiebigkeit des Abstreifelements in axialer Richtung wird der Vorteil einer einfachen Montage erreicht. Nachdem das Abstreifelement auf der Spindelmutter montiert und befestigt ist, kann die Spindel problemlos durch das Abstreifelement und das Muttergewinde durchgeschraubt werden. Für den Fall, dass das Abstreifelement beim Einschrauben des Spindelgewindes nicht mit dem Muttergewinde „zusammenpasst“, kann ein etwaiger Versatz durch axiales Ausweichen der flexiblen Scheibe kompensiert werden, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung der Abstreiffunktion erfolgt.
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Bevorzugt weist die flexible Scheibe auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde in Eingriff stehende Abstreifkante auf, welche vorzugsweise einstückig mit der flexiblen Scheibe ausgebildet ist. Die Abstreifkante ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet, kann jedoch auch in Umfangsrichtung teilweise unterbrochen sein. Die Abstreifkante weist einen gegenüber dem Außendurchmesser des Spindelgewindes geringeren Innendurchmesser auf und steht daher in Eingriff mit dem Spindelgewinde.
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Die Abstreifkante weist bevorzugt einen schraubenförmigen Verlauf mit der Steigung des Muttergewindes auf, d. h. die Abstreifkante bildet quasi eine zusätzliche Windung des Muttergewindes, welche allerdings in axialer Richtung gegenüber dem Muttergewinde versetzt ist. Sollte sich der schraubenförmige Verlauf des Muttergewindes nicht kontinuierlich in dem Innengewindegang des Abstreifelementes fortsetzen, sondern in axialer oder tangentialer Richtung eine Diskontinuität aufweisen, so wird diese beim Einschrauben der Spindel durch ein elastisches Ausweichen der flexiblen Scheibe in axialer Richtung kompensiert.
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Bevorzugt weist die flexible Scheibe, in axialer Richtung gesehen, die Form eines Kreisringes auf, welcher einen radial äußeren Befestigungsbereich aufweist, welcher mittelbar oder direkt mit der Spindelmutter verbunden ist. Somit ergeben sich verschiedene Befestigungsmöglichkeiten der flexiblen Scheibe gegenüber der Spindelmutter.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Befestigungsbereich der flexiblen Scheibe mit einem Dichtungsträger verbunden, der seinerseits auf der Spindelmutter befestigt ist. Vorzugsweise bildet die flexible Scheibe mit dem Dichtungsträger ein Bauteil, welches auf der Spindelmutter montierbar ist. Der Dichtungsträger ist als metallischer Ring ausgebildet, welcher auf einen passenden Sitz der Spindelmutter aufgeschoben und dort kraftschlüssig befestigt werden kann.
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Bevorzugt wird das aus Dichtungsträger und flexibler Scheibe bestehende Bauteil stirnseitig auf der Spindelmutter befestigt, vorzugsweise auf beiden Stirnseiten.
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Die flexible Scheibe ist bevorzugt aus einem Elastomer hergestellt, welches vorzugsweise über einen Wulst mit dem metallischen Dichtungsträger verbunden wird. Die flexible Scheibe einschließlich der Abstreifkante und des Wulstes ist bevorzugt als Spritzgussformteil hergestellt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb für einen Aktuator wie zuvor im Detail beschrieben ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Spindelantrieb
- 3
- Spindel
- 4
- Spindelmutter
- 5
- Gehäuse
- 6
- Riemen
- 7
- Elektromotor
- 8
- Gelenkzapfen
- 9
- Gelenkzapfen
- 10
- Messanordnung
- 11
- Bolzengewinde
- 11a
- Gewindezahn
- 11b
- Gewinderille
- 12a
- Taster
- 12b
- Taster
- 13
- Trapezgewinde (normgerecht)
- 13a
- Gewindezahn
- 13b
- Gewinderille
- 14
- Messdraht
- 15
- Trapezgewinde (modifiziert)
- 15a
- Gewindezahn
- 15b
- Gewinderille
- 15c
- Flanke
- 16
- Messdraht
- 17
- Spindel
- 17a
- Spindelgewinde
- 18
- Spindelmutter
- 18a
- Muttergewinde
- 19
- Abstreifelement
- 19a
- flexibler Bereich
- 19b
- Ring
- a
- Spindelachse
- d
- Gewindedurchmesser
- D1
- erster Messdraht
- D2
- zweiter Messdraht
- D3
- dritter Messdraht
- I
- Gewindelänge
- M
- Prüfmaß (allgemein)
- M0
- Prüfmaß für Abschnitt x0
- M1
- Prüfmaß für Abschnitt x1
- M2
- Prüfmaß für Abschnitt x2
- x0
- mittlerer Gewindeabschnitt
- x1
- äußerer Gewindeendbereich
- x2
- äußerer Gewindeendbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0002]
